JP2008286074A - Control device for internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for an internal combustion engine.
特開平10−18887号公報には、目標トルクを得るための目標スロットル開度を求める場合に、スロットルバルブの前後差圧と目標空気量とを用いる技術が開示されている。また、特開2006−70701号公報には、目標スロットル開度を求める際に、機関回転数を考慮した吸気系モデルを用いる技術が開示されている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-18887 discloses a technique that uses a front-rear differential pressure of a throttle valve and a target air amount when obtaining a target throttle opening for obtaining a target torque. Japanese Patent Laid-Open No. 2006-70701 discloses a technique that uses an intake system model that takes into account the engine speed when obtaining the target throttle opening.
車両における実際の機関回転数は、補機駆動負荷の変動、変速機やドライブシャフトの捩じれ振動、あるいは走行抵抗の変動などの各種の入力の影響により、短い周期で細かく変動する場合がある。上記従来の技術のように、目標スロットル開度を計算する処理に機関回転数を算入するようにした場合に、機関回転数が短周期で変動していると、目標スロットル開度も短周期で変動することとなる。このため、その目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブを駆動制御すると、スロットルバルブが振動的な作動を繰り返してしまい、スロットルバルブに負担がかかる。 The actual engine speed in the vehicle may fluctuate finely in a short cycle due to the influence of various inputs such as fluctuations in auxiliary drive driving load, torsional vibration of the transmission or drive shaft, or fluctuations in running resistance. When the engine speed is included in the process for calculating the target throttle opening as in the conventional technique described above, if the engine speed fluctuates in a short period, the target throttle opening also decreases in a short period. Will fluctuate. For this reason, when the throttle valve is driven and controlled based on the target throttle opening, the throttle valve repeats vibrational operation, and a load is imposed on the throttle valve.
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、目標トルクに基づいて目標スロットル開度を算出する場合において、スロットルバルブの振動的な作動を防止することのできる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and in the case of calculating the target throttle opening based on the target torque, an internal combustion engine capable of preventing the vibration operation of the throttle valve can be prevented. An object is to provide a control device.
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
内燃機関の目標トルクを設定する目標トルク設定手段と、
機関吸気系の特性モデルに基づき、前記目標トルクと機関回転数とに応じて、前記目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
実機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出する離散化回転数算出手段と、
を備え、
前記目標スロットル開度算出手段に入力する機関回転数として、前記離散化回転数を用いることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a first invention is a control device for an internal combustion engine,
Target torque setting means for setting the target torque of the internal combustion engine;
A target throttle opening calculating means for calculating a target throttle opening for realizing the target torque according to the target torque and the engine speed, based on a characteristic model of the engine intake system;
Engine speed detecting means for detecting the actual engine speed;
Discretized rotational speed calculation means for calculating a discrete rotational speed obtained by discretizing the actual engine rotational speed with a predetermined step width;
With
The discretized rotational speed is used as the engine rotational speed input to the target throttle opening degree calculation means.
また、第2の発明は、第1の発明において、
前記実機関回転数をNE、前記ステップ幅をKとし、Nを次式
K×(N-1)<NE<K×N
を満足する自然数としたとき、
前記離散化回転数算出手段は、前記内燃機関の加速時には前記離散化回転数をK×Nとして算出し、前記内燃機関の減速時には前記離散化回転数をK×(N-1)として算出することを特徴とする。
The second invention is the first invention, wherein
The actual engine speed is NE, the step width is K, and N is
K × (N-1) <NE <K × N
Is a natural number that satisfies
The discretized rotational speed calculation means calculates the discretized rotational speed as K × N when the internal combustion engine is accelerated, and calculates the discretized rotational speed as K × (N−1) when the internal combustion engine is decelerated. It is characterized by that.
また、第3の発明は、第1または第2の発明において、
前記内燃機関の加速度および/または減速度を算出する加減速度算出手段と、
前記加速度および/または減速度に基づいて、前記ステップ幅の大きさを変更するステップ幅変更手段と、
を備えることを特徴とする。
The third invention is the first or second invention, wherein
Acceleration / deceleration calculating means for calculating acceleration and / or deceleration of the internal combustion engine;
Step width changing means for changing the step width based on the acceleration and / or deceleration;
It is characterized by providing.
また、第4の発明は、第3の発明において、
前記ステップ幅変更手段は、前記加速度および/または前記減速度が所定値より大きい場合には、そうでない場合に比べて、前記ステップ幅を大きくすることを特徴とする。
Moreover, 4th invention is set in 3rd invention,
The step width changing means increases the step width when the acceleration and / or the deceleration is larger than a predetermined value as compared with the case where the acceleration and / or the deceleration is not larger than the predetermined value.
第1の発明によれば、機関吸気系の特性モデルに基づき、目標トルクと機関回転数とに応じて、目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する場合において、実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出し、その離散化回転数を用いて目標スロットル開度を算出することができる。離散化回転数は、実機関回転数に短周期の変動が生じても、それに伴って変動することがない。このため、この離散化回転数を用いて目標スロットル開度を算出すれば、目標スロットル開度が短周期で変動することを確実に防止することができる。よって、スロットルバルブが振動的な作動を繰り返すことを確実に防止することができ、スロットルバルブに負担が掛かることを回避することができる。 According to the first invention, when the target throttle opening for realizing the target torque is calculated according to the target torque and the engine speed based on the characteristic model of the engine intake system, the actual engine speed is It is possible to calculate a discretized rotational speed that has been discretized with a predetermined step width, and to calculate the target throttle opening using the discretized rotational speed. The discretization rotational speed does not vary with a short cycle of fluctuations in the actual engine rotational speed. For this reason, if the target throttle opening is calculated using this discretized rotational speed, it is possible to reliably prevent the target throttle opening from fluctuating in a short cycle. Therefore, it is possible to reliably prevent the throttle valve from repeating the vibration operation, and to avoid a burden on the throttle valve.
第2の発明によれば、離散化回転数は、内燃機関の加速時には実機関回転数より高くなり、内燃機関の減速時には実機関回転数より低くなる。つまり、加速時や減速時には、離散化回転数は、実際の機関回転数よりも時間的にやや先の(将来の)機関回転数に相当している。このため、第2の発明によれば、加速時や減速時において、機関回転数を先読みして目標スロットル開度が算出されることになる。よって、加速あるいは減速のためのトルク要求に対してより早く応答することができ、加速や減速の応答性を向上することができる。 According to the second invention, the discretization rotational speed is higher than the actual engine rotational speed when the internal combustion engine is accelerated, and is lower than the actual engine rotational speed when the internal combustion engine is decelerated. That is, at the time of acceleration or deceleration, the discretized rotational speed corresponds to the engine rotational speed slightly ahead of the actual engine rotational speed (future). For this reason, according to the second aspect of the invention, the target throttle opening is calculated by prefetching the engine speed during acceleration or deceleration. Therefore, it is possible to respond more quickly to a torque request for acceleration or deceleration, and it is possible to improve acceleration and deceleration responsiveness.
第3の発明によれば、内燃機関の加速度や減速度に基づいて、離散化回転数のステップ幅の大きさを変更することができる。このため、内燃機関の加速度や減速度の大きさに応じてより適切なステップ幅を設定することができる。 According to the third aspect of the invention, the step width of the discretized rotational speed can be changed based on the acceleration or deceleration of the internal combustion engine. For this reason, a more appropriate step width can be set according to the magnitude of acceleration and deceleration of the internal combustion engine.
第4の発明によれば、内燃機関の加速度あるいは減速度が所定値より大きい場合には、そうでない場合に比べて、離散化回転数のステップ幅を大きくすることができる。内燃機関の加速度あるいは減速度が大きい場合には、実機関回転数の変化が速いので、ステップ幅を大きくした方が、スロットルバルブの急作動をより確実に防止することができ、好ましい。一方、内燃機関の加速度あるいは減速度が小さい場合(定常状態を含む)には、ステップ幅を小さくした方が、実機関回転数と離散化回転数との偏差が少なくなるので、好ましい。第4の発明によれば、このようなことに鑑み、内燃機関の加速度や減速度の大きさに応じてより適切なステップ幅を設定することができる。 According to the fourth aspect of the invention, when the acceleration or deceleration of the internal combustion engine is greater than a predetermined value, the step width of the discretized rotational speed can be increased compared to the case where it is not. When the acceleration or deceleration of the internal combustion engine is large, the change in the actual engine speed is fast. Therefore, it is preferable to increase the step width because the sudden operation of the throttle valve can be prevented more reliably. On the other hand, when the acceleration or deceleration of the internal combustion engine is small (including the steady state), it is preferable to reduce the step width because the deviation between the actual engine speed and the discretized speed becomes smaller. According to the fourth invention, in view of the above, a more appropriate step width can be set according to the magnitude of the acceleration and deceleration of the internal combustion engine.
実施の形態1.
[システム構成の説明]
図1は、本発明の実施の形態1の内燃機関システムの構成を説明するための図である。図1に示すシステムは、車両に搭載された内燃機関10を備えている。内燃機関10の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。内燃機関10の各気筒内には、ピストン12が設けられている。各気筒には、吸気通路16および排気通路18が連通している。
Embodiment 1 FIG.
[Description of system configuration]
FIG. 1 is a diagram for explaining a configuration of an internal combustion engine system according to Embodiment 1 of the present invention. The system shown in FIG. 1 includes an
吸気通路16には、電子制御式のスロットルバルブ20が設けられている。スロットルバルブ20の近傍には、スロットルバルブ20の開度(以下、「スロットル開度」と称する)を検出するスロットルポジションセンサ22が設けられている。また、排気通路18には、排気ガスを浄化するための触媒26が配置されている。
An electronically controlled
内燃機関10の各気筒には、吸気ポート内に燃料を噴射する燃料インジェクタ28と、燃焼室内の混合気に点火するための点火プラグ30と、吸気弁32と、排気弁36とが更に設けられている。なお、本発明は、図示のようなポート噴射式機関に限らず、筒内直接噴射式機関や、ポート噴射と筒内直接噴射とを併用する機関にも適用可能である。
Each cylinder of the
内燃機関10のクランク軸24の近傍には、クランク軸24の回転角度(クランク角)を検出するためのクランク角センサ42が設けられている。また、アクセルペダルの近傍には、アクセル開度を検出するアクセルポジションセンサ44が設置されている。
A
また、本システムは、エンジンECU(Electronic Control Unit)50を備えている。エンジンECU(以下単に「ECU」と称する)50には、上述したスロットルポジションセンサ22、クランク角センサ42、アクセルポジションセンサ44等の各種センサや、上述したスロットルバルブ20、燃料インジェクタ28、点火プラグ30等の各種アクチュエータがそれぞれ電気的に接続されている。
Further, the system includes an engine ECU (Electronic Control Unit) 50. An engine ECU (hereinafter simply referred to as “ECU”) 50 includes various sensors such as the
本システムは、更に、車両のアンチロックブレーキシステムを制御するABS−ECU52と、車両安定性制御システム(Vehicle Stability Control)を制御するVSC−ECU54とを備えている。 The system further includes an ABS-ECU 52 that controls the antilock brake system of the vehicle, and a VSC-ECU 54 that controls the vehicle stability control system (Vehicle Stability Control).
[実施の形態1の特徴]
本実施形態では、内燃機関10に対し、複数の要求トルクが出される。この要求トルクとしては、例えば、アクセル開度に基づいて算出される運転者からの要求トルク、補機類を駆動するために要求される補機類駆動要求トルク、ABS−ECU52から出力されるABS要求トルク、VSC−ECU54から出力されるVSC要求トルクなどが挙げられる。
[Features of Embodiment 1]
In the present embodiment, a plurality of required torques are output to the
ECU50は、それら複数の要求トルクを集約し、調停することにより、目標トルクを算出する。更に、ECU50は、その目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出し、その目標スロットル開度に基づいてスロットルバルブ20の作動を制御する。
The
図2は、ECU50が目標スロットル開度を算出する際の機能ブロック図である。ECU50は、まず、トルク−空気量換算手段56によって、目標トルクを目標吸入空気量に換算する。次いで、この目標吸入空気量を空気応答遅れ補償手段58によって応答遅れ補償することにより、目標スロットル開度を算出する。空気応答遅れ補償手段58は、スロットルバルブ20の応答遅れ、吸気弁32の応答遅れおよび吸気通路16の容積による応答遅れを考慮したモデルの逆モデル(吸気系モデルの逆モデルとスロットルモデルの逆モデル)によって構成されている。
FIG. 2 is a functional block diagram when the
このような目標スロットル開度の算出方法は、例えば特開2006−70701号公報に記載されており、公知であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。 Such a method for calculating the target throttle opening is described in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-70701, and is well known, so that further explanation is omitted here.
ところで、目標トルクと目標空気量との関係は、機関回転数によって異なる。このため、トルク−空気量換算手段56での計算には、機関回転数が入力される。また、実際にシリンダー内に吸入される空気の応答遅れも、機関回転数によって異なる。このため、空気応答遅れ補償手段58での計算にも、機関回転数が入力される。 By the way, the relationship between the target torque and the target air amount varies depending on the engine speed. For this reason, the engine speed is input to the calculation by the torque-air amount conversion means 56. Further, the response delay of the air actually sucked into the cylinder also varies depending on the engine speed. Therefore, the engine speed is also input to the calculation by the air response delay compensation means 58.
車両における実際の機関回転数は、補機駆動負荷の変動、変速機やドライブシャフトの捩じれ振動、あるいは走行抵抗の変動などの各種の入力の影響により、短い周期で細かく変動する場合がある。このため、目標スロットル開度を算出する際に、トルク−空気量換算手段56や空気応答遅れ補償手段58に、クランク角センサ42で検出される機関回転数をそのまま入力すると、その機関回転数の変動に起因して、目標スロットル開度も短周期で変動し易い。目標スロットル開度が短周期で変動すると、スロットルバルブ20が振動的な作動を繰り返してしまい、スロットルバルブ20に負担がかかる。
The actual engine speed in the vehicle may fluctuate finely in a short cycle due to the influence of various inputs such as fluctuations in auxiliary drive driving load, torsional vibration of the transmission or drive shaft, or fluctuations in running resistance. For this reason, when the target throttle opening is calculated, if the engine speed detected by the
上記のような不都合を回避するため、本実施形態では、クランク角センサ42で検出される機関回転数(以下「実機関回転数」と称し、符号NEで表す)を離散値化した離散化回転数f(NE)を算出し、その離散化回転数f(NE)をトルク−空気量換算手段56や空気応答遅れ補償手段58に入力することとした。本実施形態において、離散化回転数f(NE)は、次式で表される。 In order to avoid the inconveniences as described above, in the present embodiment, a discrete rotation in which the engine speed detected by the crank angle sensor 42 (hereinafter referred to as “actual engine speed” and represented by the symbol NE) is converted into a discrete value. The number f (NE) is calculated, and the discretized rotational speed f (NE) is input to the torque-air amount conversion means 56 and the air response delay compensation means 58. In the present embodiment, the discretized rotation speed f (NE) is expressed by the following equation.
なお、上記(1)式中、Kは、ステップ幅である。また、Nは、次式
K×(N-1)<NE<K×N ・・・(2)
を満足する自然数である。
In the above equation (1), K is a step width. N is the following formula
K × (N-1) <NE <K × N (2)
It is a natural number that satisfies
図3は、ステップ幅Kが40rpmの場合における、実機関回転数NEと離散化回転数f(NE)との関係を示す図である。この図に示すように、上記(1)式で算出される離散化回転数f(NE)は、実機関回転数NEに短周期の変動が生じても、それに伴って変動することがない。このため、この離散化回転数f(NE)をトルク−空気量換算手段56や空気応答遅れ補償手段58に入力して目標スロットル開度を算出すれば、目標スロットル開度が短周期で変動することを確実に防止することができる。よって、スロットルバルブ20が振動的な作動を繰り返すことを確実に防止することができ、スロットルバルブ20に負担が掛かることを回避することができる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the actual engine speed NE and the discretized speed f (NE) when the step width K is 40 rpm. As shown in this figure, the discretized rotational speed f (NE) calculated by the above equation (1) does not vary along with a short cycle fluctuation in the actual engine rotational speed NE. Therefore, if the discretized rotational speed f (NE) is input to the torque-air amount conversion means 56 or the air response delay compensation means 58 to calculate the target throttle opening, the target throttle opening fluctuates in a short cycle. This can be surely prevented. Therefore, it is possible to reliably prevent the
また、図3に示すように、上記(1)式によって算出される離散化回転数f(NE)は、内燃機関10の加速時には、実機関回転数NEより高くなり、内燃機関10の減速時には、実機関回転数NEより低くなる。つまり、加速時や減速時には、離散化回転数f(NE)は、実際の機関回転数よりも時間的にやや先の(将来の)機関回転数に相当している。このため、本実施形態では、加速時や減速時において、機関回転数を先読みして目標スロットル開度が算出されることになるので、加速あるいは減速のためのトルク要求に対してより早く応答することができ、加速や減速の応答性を向上することができる。
As shown in FIG. 3, the discretized rotational speed f (NE) calculated by the above equation (1) is higher than the actual engine rotational speed NE when the
また、ステップ幅Kは、常に一定でもよいが、内燃機関10の加速度あるいは減速度に応じて切り替えるようにしてもよい。すなわち、内燃機関10の加速度あるいは減速度が大きい場合には、実機関回転数NEの変化が速いので、ステップ幅Kを大きくした方が、スロットルバルブ20の急作動をより確実に防止することができ、好ましい。一方、内燃機関10の加速度あるいは減速度が小さい場合(定常状態を含む)には、ステップ幅Kを小さくした方が、実機関回転数NEと離散化回転数f(NE)との偏差が少なくなるので、好ましい。そこで、例えば、K1>K2>0なる2種類のステップ幅を用意しておき、内燃機関10の加速度あるいは減速度が所定値以上である場合には、大きい方のステップ幅K1を使用して離散化回転数f(NE)を算出し、加速度あるいは減速度が上記所定値以下である場合(定常状態を含む)には、小さい方のステップ幅K1を使用して離散化回転数f(NE)を算出するようにしてもよい。
Further, the step width K may be always constant, but may be switched according to the acceleration or deceleration of the
ところで、上記(1)式では、内燃機関10の定常時の離散化回転数f(NE)を加速時と同じにしているが、定常時の離散化回転数f(NE)は、減速時と同じにしてもよい。また、本発明では、加速時か減速時かによらず、離散化回転数f(NE)を同じとしてもよい。更に、上記(1)式では、内燃機関10のアイドル時には、実機関回転数NEにかかわらず、アイドル時目標回転数を離散化回転数f(NE)としているが、アイドル時にもK×NあるいはK×(N-1)を離散化回転数f(NE)としてもよい。
By the way, in the above equation (1), the discretization speed f (NE) at the time of steady state of the
上述した実施の形態1においては、ECU50が、複数の要求トルクを調停して目標トルクを算出することにより前記第1の発明における「目標トルク設定手段」が、図2に示すブロック図に基づいて目標スロットル開度を算出することにより前記第1の発明における「目標スロットル開度算出手段」が、クランク角センサ42の信号に基づいて実機関回転数NEを算出することにより前記第1の発明における「機関回転数検出手段」が、上記(1)式に基づいて離散化回転数f(NE)を算出することにより前記第1の発明における「離散化回転数算出手段」が、それぞれ実現されている。
In the first embodiment described above, the
10 内燃機関
12 ピストン
16 吸気通路
18 排気通路
20 スロットルバルブ
26 触媒
32 吸気弁
36 排気弁
50 ECU
10
Claims (4)
機関吸気系の特性モデルに基づき、前記目標トルクと機関回転数とに応じて、前記目標トルクを実現するための目標スロットル開度を算出する目標スロットル開度算出手段と、
実機関回転数を検出する機関回転数検出手段と、
前記実機関回転数を所定のステップ幅で離散値化した離散化回転数を算出する離散化回転数算出手段と、
を備え、
前記目標スロットル開度算出手段に入力する機関回転数として、前記離散化回転数を用いることを特徴とする内燃機関の制御装置。 Target torque setting means for setting the target torque of the internal combustion engine;
A target throttle opening calculating means for calculating a target throttle opening for realizing the target torque according to the target torque and the engine speed, based on a characteristic model of the engine intake system;
Engine speed detecting means for detecting the actual engine speed;
Discretized rotational speed calculation means for calculating a discrete rotational speed obtained by discretizing the actual engine rotational speed with a predetermined step width;
With
The control apparatus for an internal combustion engine, wherein the discretized rotational speed is used as the engine rotational speed input to the target throttle opening calculating means.
K×(N-1)<NE<K×N
を満足する自然数としたとき、
前記離散化回転数算出手段は、前記内燃機関の加速時には前記離散化回転数をK×Nとして算出し、前記内燃機関の減速時には前記離散化回転数をK×(N-1)として算出することを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御装置。 The actual engine speed is NE, the step width is K, and N is
K × (N-1) <NE <K × N
Is a natural number that satisfies
The discretized rotational speed calculation means calculates the discretized rotational speed as K × N when the internal combustion engine is accelerated, and calculates the discretized rotational speed as K × (N−1) when the internal combustion engine is decelerated. The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1.
前記加速度および/または減速度に基づいて、前記ステップ幅の大きさを変更するステップ幅変更手段と、
を備えることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の制御装置。 Acceleration / deceleration calculating means for calculating acceleration and / or deceleration of the internal combustion engine;
Step width changing means for changing the step width based on the acceleration and / or deceleration;
The control apparatus for an internal combustion engine according to claim 1 or 2, further comprising:
Priority Applications (1)
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KR101222347B1 (en) | 2011-04-19 | 2013-01-14 | 주식회사 현대케피코 | Apparatus and method for controlling internal combustion engine to improve a fuel efficiency |
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- 2007-05-16 JP JP2007130869A patent/JP2008286074A/en active Pending
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